图片来源：NASA/Jesse Kirsch/由 Tracy Schohr 提供
今天，人类排放量占全球甲烷排放量的 60%，主要来自化石燃料的燃烧、垃圾填埋场的分解和农业部门。近四分之一的甲烷排放可归因于农业，其中大部分来自饲养牲畜。水稻种植和食物垃圾也是农业甲烷的重要来源，因为在为人类消费而生产的所有食物中，有近三分之一被丢失或浪费了。
在 NASA，科学家们研究全球甲烷预算，以更好地了解甲烷排放的主要来源以及它们如何导致气候变化。除了人类来源，甲烷也在自然环境中产生。甲烷的最大天然来源是湿地，占全球甲烷排放量的 30%。其他甲烷排放源包括海洋、白蚁、永久冻土、植被和野火。
自工业革命以来，由于石油、天然气和煤炭的大量使用，对牛肉和奶制品的需求不断增加，以及食品和有机废物的产量增加，大气中的甲烷浓度增加了一倍多。尽管在 20 世纪末，大气中甲烷浓度的增长明显放缓，但自 2006 年以来浓度一直在大幅增加，这可能是由于饲养牲畜排放量增加、对天然气的重新依赖以及近年来湿地和全球变暖。
美国宇航局新的 3 维甲烷画像显示，当它穿过大气层时，它是导致温室变暖的世界第二大因素。将来自排放清单和湿地模拟的多个数据集结合到高分辨率计算机模型中，研究人员现在有了一个额外的工具来了解这种复杂的气体及其在地球碳循环、大气成分和气候系统中的作用。新的数据可视化更全面地了解了地面甲烷来源的多样性以及气体在大气中移动时的行为。图片来源：NASA/科学可视化工作室
温室效应和甲烷
包括甲烷在内的温室气体有助于化学反应和气候反馈。温室气体分子通过像热毯一样捕获太阳能。来自太阳的能量被地球表面吸收，尽管其中一些能量被反射到大气中。吸收的能量也以红外波长重新发射。一些反射和重新发射的能量重新进入太空，但其余的则被温室气体困在大气中。随着时间的推移，捕获的热量使我们的气候变暖，全球气温升高。
我们大气中的温室气体就像毯子一样吸收来自太阳的热量。随着温室气体数量的增加，这会导致全球气温上升。图片来源：NASA/Jesse Kirsch
人为驱动的温度升高会对从自然资源释放的甲烷产生影响。例如，永久冻土可以自然解冻并向大气排放甲烷，但由于人为变暖，人类增加了永久冻土的解冻速度。
甲烷是全球变暖的第二大贡献者，仅次于二氧化碳。虽然二氧化碳在大气中的含量比甲烷多，但单分子甲烷比单分子二氧化碳更能有效地捕获热量。
然而，一个甲烷分子的寿命比一个二氧化碳分子的寿命短，这是因为自然化学过程比二氧化碳更快地将甲烷从大气中清除掉。这意味着，如果甲烷排放量下降并且甲烷的自然化学洗涤保持不变，那么大气中的甲烷可能会在短短十年内急剧减少。减少进入大气的甲烷量可能对减少气候变化的近期影响产生重大且几乎立即的影响，并可能有助于将全球温度变化保持在 2 摄氏度以下。
为什么奶牛会产生甲烷
奶牛或肉牛等牛会产生甲烷作为消化的副产品。牛是反刍动物，这意味着它们具有专门的消化系统，可以处理人类和大多数其他动物无法消化的食物，例如新鲜的草和未煮过的谷物。当食物进入牛的胃时，它会经历一个称为肠内发酵的过程 ：微生物和细菌部分分解食物颗粒，然后在称为瘤胃的胃部分发酵。当食物颗粒发酵时，它们会产生甲烷。每次牛嗳气——在较小程度上是胀气——甲烷就会被排出并进入大气，在那里它会成为一种温室气体。
甲烷速览：自工业革命以来，甲烷造成了 20% 的全球变暖； 2018 年，食品系统贡献了 33% 的人为温室气体排放； 2015 年，牲畜占美国甲烷排放量的 10%；在一个世纪的时间里，甲烷的效力大约是二氧化碳的 30 倍；欧洲和北极是仅有的两个从 2000 年到 2018 年甲烷排放量减少的地区；在过去的 200 年里，大气中的甲烷浓度增加了一倍多。图片来源：NASA/Jesse Kirsch
NASA 对甲烷的关注
虽然可以很好地观察到甲烷浓度，但必须根据多种因素推断排放量。 NASA 科学家使用多种方法来追踪甲烷排放。为了获得尽可能准确的估算，他们使用来自世界各国的排放清单，模拟湿地甲烷排放，并使用大气模型将其与地面、机载和卫星数据相结合。
在加利福尼亚（和其他一些地区），研究人员驾驶配备 NASA 的机载可见红外成像光谱仪 - 下一代或 AVIRIS-NG 的飞机，并收集高度校准的数据。该数据用于加州甲烷调查，该项目由 NASA、加州空气资源委员会和加州能源委员会共同资助，旨在快速识别和报告甲烷泄漏。
在阿拉斯加和加拿大西北部，NASA 研究人员利用卫星、飞机和实地研究来更好地了解永久冻土融化所产生的甲烷排放，这是北极寒带和脆弱性实验 (ABoVE) 的一部分。研究人员发现，富含碳的永久冻土正在以越来越快的速度融化，这可能是人类引起的气候变化的结果，这使得北极成为甲烷排放的重要潜在来源。根据科学估计，该地区的土壤储存的碳是过去 200 年所有人类活动排放量的五倍。
NASA 研究人员将 ABoVE 和加利福尼亚甲烷调查等任务的数据与他们对甲烷在大气中的行为的了解相结合，以创建甲烷计算机模型。这些模型可以帮助科学家和政策制定者了解过去、现在和未来的大气甲烷模式。
减少甲烷排放的途径
各个领域的研究人员都在研究减少全球甲烷排放的潜在解决方案。例如，沼气系统通过将牲畜、作物、水和食物产生的废物转化为能源来减少甲烷排放。沼气是通过与垃圾填埋场相同的自然过程产生的，以分解有机废物。然而，沼气系统利用产生的气体并将其用作清洁、可再生和可靠的能源，而不是让它作为温室气体排放到大气中。
由加州大学戴维斯分校的 Ermias Kebreab 教授领导的一项研究发现，在肉牛的日粮中加入几盎司海藻可以减少 82% 以上的甲烷排放。
这些类型的技术和生物创新可能为决策者、牧场主和其他人提供更多管理我们未来甲烷的选择。
